MASTERBOND,UV15TK,用于减少反渗透进料隔板中结垢效应的三维打印
应用
在未来几十年，全球淡水短缺将对人类构成重大威胁。清洁的淡水不仅对人类生活至关重要，而且我们不断扩展的工业和农业足迹进一步增加了对淡水的需求。人口增长、自然水库破坏、工业污染以及气候变化的影响等多种因素将使水资源成为21世纪最重要的商品之一。反渗透（RO）水处理利用水力压力和半透膜将水源中的总溶解固体（TDS）分离出90-99%。1重要的是，反渗透技术可以用于淡化咸水和海水；盐水占地球上所有水资源的97.5%，因此反渗透技术大大增加了淡水的潜在供应。反渗透的挑战包括高能耗和操作周期中发生的结垢问题的不利影响。结垢是一个特别严重的问题，需要化学预处理和昂贵的化学清洁过程来延长膜的使用寿命。图1（下载文件中的）展示了螺旋缠绕元件（SWE）反渗透膜的剖面示意图。喂料通道隔板的设计和制造以及半透膜本身对于生产高效长寿命的水处理解决方案至关重要。
自2000年以来，反渗透处理的使用量增加了三倍，全球运营的水处理厂超过16,000个。2反渗透现在占据了脱盐市场的65%，比蒸馏脱盐消耗的能源少90%。渗透是一个自发过程，两种浓度不同并通过半透膜分隔的溶液体系将溶剂分子从溶质浓度较低的溶液扩散到溶剂浓度较高的溶液中。反渗透利用对进料溶液施加的水力压力来克服渗透势，实现水分子的纯化和扩散。
膜的污垢是操作反渗透处理厂的主要挑战之一。减轻污垢可能需要昂贵的化学预处理和昂贵的清洁程序。影响膜污垢的因素包括液体-膜界面处的溶液浓度以及喂料隔板的设计。喂料隔板由简单的菱形网格构成，用于分隔膜叶并引导水流通过膜。韦恩州立大学土木工程博士生Jeremy Walker作为一项博士论文的一部分进行了一系列研究，以改进在反渗透膜中使用的喂料通道隔板的设计。
这些研究的目标是设计一种具有减少污垢和增强膜清洗性能的喂料隔板。2 UV15TK是一种UV固化环氧树脂，具有相对较高的模量，被选择用作三维打印材料，直接打印微混合器元件到半透膜上。进行了流体动力学建模以确定燕尾纹图案的最佳几何形状。优化的流速和湍流混合降低了结垢、溶质结晶的倾向，并减少了污垢的影响。图2（下载文件中的）展示了标准工业网格喂料隔板和由UV固化Master Bond UV15TK环氧树脂组成的优化三维打印微混合器元件。研究比较了三维打印微混合器元件和行业标准网格在污垢倾向和反向流清洗方面的性能。
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